Hohe Unsicherheiten bei klimaneutralen steuerbaren Kraftwerken

Für die Dekarbonisierung von steuerbaren Kraftwerken sind verschiedene Optionen möglich. Kohlenstoffarmer (blauer) Wasserstoff und Erdgasverbrennung mit vor-Ort-Abscheidung und Speicherung von CO₂ (Carbon capture and storage, CCS) können je nach Volllaststunden und Kostenszenarien zu geringeren Stromgestehungskosten führen als erneuerbarer (grüner) Wasserstoff. Andererseits verringert erneuerbarer Wasserstoff bei heimischer Produktion die Abhängigkeit von Energieimporten. Außerdem ist er klimaneutral, während bei den anderen beiden Brennstoffoptionen Restemissionen bleiben. Ein vollständiger Vergleich der Optionen, auch hinsichtlich des Infrastrukturbedarfs, kann daher nur mit einer Gesamtsystembetrachtung erfolgen.

In der Kurzstudie „Dekarbonisierungsoptionen für steuerbare Kraftwerke“ des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln (EWI) analysieren Michaele Diehl, Dr.-Ing. Ann-Kathrin Klaas (Projektleiterin) und Philipp Theile verschiedene technische, wirtschaftliche und regulatorische Aspekte der Brennstoffoptionen erneuerbarer Wasserstoff, kohlenstoffarmer Wasserstoff und Erdgas mit CCS. Die Analyse wurde durch die Förderinitiative Wasserstoff und Moleküle der Gesellschaft zur Förderung des Energiewirtschaftlichen Instituts an der Universität zu Köln e. V. gefördert.

Gestehungskosten variieren je nach Szenario und Volllaststunden stark

Die Stromgestehungskosten der drei Brennstoffoptionen unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich der Kostenstruktur. Während für Erdgas mit CCS die Investitionskosten in das Kraftwerk je nach Szenario und Volllaststunden den größten Einfluss haben, sind die Brennstoffkosten für erneuerbaren und kohlenstoffarmen Wasserstoff die größten Treiber. Die Stromgestehungskosten für Erdgas mit CCS variieren in der Analyse zwischen ca. 240 €/MWh bei hohen Volllaststunden im Kostenszenario niedrig und 660 €/MWh bei hohen Kosten und niedrigen Volllaststunden. Die Kosten für kohlenstoffarmen Wasserstoff liegen zwischen 270 und 460 €/MWh je nach Volllaststunden und Kostenszenario und die Gestehungskosten für erneuerbaren Wasserstoff variieren in dieser Analyse zwischen knapp 400 €/MWh und über 600 €/MWh.

„In den betrachteten Szenarien könnte bei niedrigen Volllaststunden Wasserstoff die kostengünstigste Option darstellen, bei einem Anstieg der Volllaststunden wird Erdgas mit CCS wettbewerbsfähig durch einen niedrigeren Anteil der variablen Kosten“, sagt Dr.-Ing. Ann-Kathrin Klaas, Head of Research Area am EWI. „Die Volllaststunden sowie die künftigen Kosten für Kraftwerk und Brennstoff sind allerdings mit hoher Unsicherheit behaftet.“

Aufbau von Technologien und Infrastruktur erforderlich

Für die drei betrachteten Brennstoffoptionen müssen Produktions- und Stromerzeugungstechnologien aufgebaut werden. Während die CO₂-Abscheidung an Gaskraftwerken nach Einschätzung der IEA kurz vor der Marktreife steht, gibt es für großskalige Wasserstoff-Kraftwerke aktuell nur Prototypen. Die Steam Methane Reforming-Technologie mit integrierter CO₂-Abscheidung zur Wasserstoffproduktion befindet sich laut IEA im Vergleich zur fast marktreifen Elektrolyse-Technologie in einem mittleren Entwicklungsstadium. Zudem unterscheiden sich die Anforderungen an die Infrastruktur. Für erneuerbaren Wasserstoff wird lediglich eine Wasserstoffpipeline benötigt, für kohlenstoffarmen Wasserstoff und Erdgas mit CCS ist der Aufbau einer CO₂-Infrastruktur notwendig. Für die Brennstoffoptionen kohlenstoffarmer Wasserstoff und Erdgas mit CCS besteht das Risiko, die Abhängigkeit von Erdgasimporten beizubehalten oder zu vergrößern.

Der Aufbau einer CO₂-Infrastruktur unterliegt weiterhin Unsicherheiten. Sowohl der internationale Transport zwischen Deutschland und Norwegen, wie auch der nationale Transport und die Speicherung innerhalb Deutschlands sind derzeit nicht möglich. Dazu wird aktuell eine Novelle des Kohlenstoffspeichergesetzes diskutiert. Der CO₂-Transport und die Speicherung innerhalb Norwegens für die Erzeugung von kohlenstoffarmem Wasserstoff ist jedoch bereits heute möglich. Relevant ist außerdem, dass bei kohlenstoffarmem Wasserstoff und Erdgas mit CCS Restemissionen verbleiben, die für ein klimaneutrales Energiesystem durch CO₂-Senken ausgeglichen werden müssten.

Für eine Entscheidung für den Aufbau der Technologien und Infrastruktur ist eine Gesamtsystembetrachtung notwendig. Die Systemsicht würde neben der Analyse von Strukturierungskosten und Lock-in-Effekten auch vollumfänglicher Synergien in der Bewertung einbeziehen, die u. a. durch den Wasserstoffhochlauf in anderen Sektoren und der damit verbundenen Infrastruktur entstehen.